UNID 2. AGUA

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL SUR DEL LAGO
“JESUS MARIA SEMPRUM”
INGENIERIA DE ALIMENTOS
QUIMICA DE ALIMENTOS
UNIDAD 2. AGUA
PROF. DAVID MEJIAS
ABRIL, DE 2011
OBJETIVO. Analizar el concepto de Actividad de Agua y estudiar la influencia de esta
sobre las diferentes reacciones de deterioro de los alimentos. .
• PROPIEDADES DEL AGUA.
El agua es la única sustancia que se presenta abundantemente en los tres estados
físicos en nuestro planeta.
Es esencial para la vida:
* Estabilizadora de la temperatura corporal.
* Transportadora de nutrientes y desechos.
* Reactivo y medio de reacción.
* Facilitadora de la conducta dinámica de las macromoléculas.
* Principal componente de la mayoría de los alimentos.
CONTENIDO DE AGUA DE DIVERSOS ALIMENTOS.
PORQUE ESTUDIAR EL AGUA Y EL HIELO.
El agua en la cantidad, localización y orientación correcta, es crucial para los procesos
vitales, e influye profundamente también en la estructura, aspecto y sabor de los
alimentos
y
en
su
susceptibilidad
a
la
alteración.
Debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua
se necesitan formas de conservación eficaces si se desea almacenarlos mucho tiempo.
Es importante señalar que la eliminación del agua, bien por deshidratación convencional
o por separación localizada en forma de cristales de hielo puro (congelación), altera
considerablemente las propiedades nativas de los alimentos y productos biológicos.
Además todo intento de retornar el agua a su estado original (rehidratación o
descongelación) solo ha tenido éxito parcial. Esta ampliamente justificado, por tanto,
estudiar el agua y el hielo con considerable atención.
CONSTANTES FISICAS DEL AGUA Y DEL HIELO.
COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.
Cuando se compara el agua con otros hidruros del grupo del oxigeno, se observa que el
agua funde y hierve a temperaturas anormalmente altas, también exhibe valores
inusualmente altos de tensión superficial, constante dieléctrica, capacidad calórico y
calores de transición de fase, que tiene una densidad moderadamente baja, que posee
el atributo anormal de expandirse al solidificar y una viscosidad extrañamente normal .
COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.
Las propiedades anómalas del agua sugieren intensas fuerzas atractivas entre las
moléculas de agua y estructuras anormales y diferentes en el agua y el hielo.
Estas peculiaridades se explican mejor estudiando una molécula de agua en particular y
luego la de pequeños grupos de moléculas.
Para formar una molécula de agua, dos átomos de hidrógeno se aproximan a dos
orbitales sp3 del oxígeno, para formar dos enlaces sigma (σ), covalentes (40% de
carácter iónico parcial), cada uno de los cuales tiene una energía de iotización de 4,614
x 102 kj/mol.
Los orbitales moleculares localizados permanecen orientados simétricamente en torno a
los ejes originales, conservando así una estructura tetraédrica (Ver figura).
COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.
Figura 1, Representación esquemática
de la molécula de agua (a) estructura
tetraédrica formada por los orbitales
sp3 del oxigeno y (b) dimensiones de la
molécula de agua.
COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.
Lo descrito hasta ahora esta muy simplificado. El agua pura no solo contiene moléculas
de HOH, sino también muchos otros constituyentes aunque en cantidades vestigiales.
Además de los isótopos comunes O16 y H1, también están presentes O17, O18, H2 y H3,
dando origen a 18 variables isotópicas del HOH. El agua también contiene partículas
iónicas, tales como los iones hidrógeno, e hidroxilo y sus variantes isotópicas. El agua
consta por tanto de mas de 33 variantes químicas de HOH.
ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.
La forma en V de la molécula de agua y la naturaleza polarizada del enlace O—H
determina un momento de dipolo en estado de vapor de 1,84D para el agua pura. La
magnitud de esta polaridad produce asociaciones de las moléculas de agua con
considerable
intensidad.
Sin
embargo,
las
fuerzas
atractivas
intermoleculares
anormalmente altas del agua no pueden ser totalmente explicadas sobre la base de su
gran momento dipolar.
ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.
Mas bien es su capacidad para formar múltiples enlaces de hidrógeno sobre una base
tridimensional, lo que explica las grandes fuerzas atractivas entre las moléculas de agua.
El oxigeno altamente electronegativo de la molécula de agua puede visualizarse como si
atrajese parcialmente los electrones únicos de los átomos de hidrógeno unidos
covalentemente, dejando a cada hidrógeno con una carga positiva parcial y una mínima
cobertura electrónica; es decir, cada hidrógeno asume algunas características de un
protón desnudo.
Puesto que los orbitales de los enlaces O—H están localizados sobre dos de los ejes de
un tetraedro imaginario, representando estos entonces, líneas positivas de fuerzas (sitios
donadores de enlaces de hidrógeno). Por otro lado los dos orbitales del par solitario del
oxigeno pueden considerarse como residiendo a lo largo de los otros dos ejes del
tetraedro imaginario, representando entonces líneas negativas de fuerzas (sitios
aceptores de enlaces de hidrógeno).
ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.
a
(a) El tetraedro imaginario mostrando los 4
posible sitios de enlaces de hidrógeno y (b) un
par de moléculas de agua donde se aprecian su
unión a otras cuatro.
(b)
ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.
En virtud de estas cuatro líneas de fuerza, cada molécula de agua es capaza de unirse a
otras cuatro moléculas. Debido a que cada molécula de agua tiene igual cantidad de
sitios donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno, dispuestos para permitir la
formación tridimensional, resulta que las fuerzas atractivas entre las moléculas de agua
son anormalmente grandes, incluso cuando se les compara con las de otras moléculas
pequeñas que también forman puentes de hidrógeno (NH3 y FH).
El amoniaco, con su disposición tetraédrica y un solo sitio aceptor y el fluoruro de
hidrogeno con su disposición tetraédrica de un hidrogeno y tres aceptores no tienen
números iguales de aceptores y donadores de enlaces de hidrógeno y por lo tanto solo
pueden formar redes bidimensionales de enlaces de hidrógeno, en las que intervienen
menos enlaces de hidrogeno por molécula que en el caso del agua.
ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.
La capacidad del agua para formar enlaces tridimensionales facilita una explicación
lógica de muchas de sus propiedades anormales. Por ejemplo, sus altos valores de
capacidad calórico, punto fusión, punto de ebullición, y calores de las distintas
transiciones de fase, están todos relacionados con la energía extra requerida para
romper los enlaces de hidrogeno intermoleculares.
La constante dieléctrica también esta influenciada por los enlaces de hidrogeno. Aunque
el agua es un dipolo, esto no explica por si solo la magnitud de su constante dieléctrica.
Los grupos de moléculas unidos por enlaces de hidrogeno, aparentemente originan
dipolos mulitmoleculares que incrementan de hecho la constante dieléctrica del agua.
ESTRUCTURA DEL HIELO.
La estructura del hielo se discutirá antes
que la del agua liquida, porque la
primera se comprende mejor que la
segunda y porque la estructura del hielo
representa una extensión lógica de la
información presentada en la sección
anterior.
El
agua
con
tetraedricamente
sus
fuerzas
cristaliza
dirigidas
en
una
estructura abierta (de baja densidad) que
ha sido elucidada con exactitud mediante
estudios de difracción de rayos X, de
neutrones, electrones y espectroscopia
infrarroja .
ESTRUICTURA DEL HIELO.
La forma en cada molécula de agua
puede asociarse a otras cuatro (numero
de coordinación de cuatro). Se visualiza
mas fácilmente considerando la molécula
W y sus cuatro vecinas mas próximas: 1,
2, 3 y W ‘
Cuando se consideran varias células
unidad y se observan a lo largo del eje
superior (eje c), se hace aparente la
simetría
hexagonal
del
hielo,
como
muestra la Figura 6 a. La subestructura
tetraédrica es evidente considerando la
molecula W y sus cuatro vecinas mas
proximas 1, 2, 3.
W
debajo del plano por W.
‘
yace eclipsada
ESTRUCTURA DEL HIELO.
Cuando la Figura 6 a, es vista en tres
dimensiones se obtiene la Figura 6 b,
en la cual se hacen evidentes dos
planos. Ambos son paralelos y muy
próximos entre si y se mueven como una
unidad , durante el deslizamiento o flujo
de hielo bajo presión glaciar.
Los pares de planos de este tipo
constituyen los planos basales del hielo
ESTRUCTURA DEL HIELO.
Apilando
varios
planos
basales
se
obtiene una estructura extendida del
hielo. Para formar la estructura mostrada
en la Figura 7, se han combinado tres
planos basales.
Vista paralelamente al eje c, la estructura
es exactamente igual a la mostrada en la
Figura 6 a, lo que indica que los planos
basales están perfectamente alineados.
En
esta
dirección
el
monorrefringente,
mientras
birrefringente
todas
en
direcciones Figura 7.
hielo
es
que
es
las
demás
ESTRUCTURA DEL AGUA.
El agua liquida tiene una estructura mucho mas organizada que la del vapor, pero sin
producir rigidez de largo rango como en el hielo, de forma que la orientación y movilidad de
una molécula dada, esta influenciada por sus vecinas. Existen muchos modelos que
pretenden explicar la estructura del agua liquida. Sin embargo, la mayoría de ellos son
altamente especulativos y de escasa utilidad en la quimica de los alimentos.
El grado de enlazamiento del hidrogeno depende de la temperatura. El hielo a 0 oC, tiene
un grado de coordinación de 4, con una distancia entre moléculas vecinas mas próximas
de 2,76 Å. Al fundir algunos enlaces de hidrogeno se rompen (aumenta la distancia entre
vecinas mas próximas). Simultáneamente se destruye la estructura rígida y las moléculas
de agua se reorganizan entre si, en disposiciones reticulares mas compactas. A medida
que la temperatura se eleva, el numero de coordinación del agua aumenta desde 4 en el
hielo a 0 oC, hasta 4,4 en el agua a 1,5 oC y hasta 4,9 a 83 oC, aumentando la distancia
entre vecinas mas proximas desde 2,76 Å en el hielo a 0 oC hasta 2,9 Å en el agua a 1,5
oC
y hasta 3,05 a 83 oC.
ESTRUCTURA DEL AGUA.
Es evidente que la transformación del
hielo en agua esta acompañada por un
aumento de la distancia entre vecinas
mas próximas (disminuye la densidad) y
por
un
aumento
del
numero
de
coordinacion (aumenta la densidad), con
predominio del ultimo factor en la zona de
0 a 4
oC
para determinar el familiar
El posterior calentamiento por encima del punto
de fusión hace que la densidad pase por un
aumento neto de densidad. Desde los 4
máximo a 3,98
oC,
después
en adelante prevalece el aumento de
al
la distancia entre vecinas mas próximas
aparente,
sobre
incremento
el
aumento
del
numero
de
oC,
declinando gradualmente
aumentar
por
del
tanto,
la
que
numero
temperatura.
el
de
efecto
Es
del
coordinación
coordinación por lo que disminuye la
predomina en el rango de 0 a 3,98 0C. Mientras
densidad.
que el aumento de la distancias entre vecinas
mas próximas debe predominar por encima de
3,98 0C.
ESTRUCTURA DEL AGUA.
La baja viscosidad del agua es reconciliable con el tipo de estructura que se ha descrito, ya
que el retículo de enlaces de hidrogeno es altamente dinámico permitiendo, a las
moléculas individuales en un lapso de tiempo de nanosegundos a picosegundos, alterar
sus relaciones de enlazamientos de hidrogeno con sus moléculas vecinas, aumentando así
la movilidad molecular y la fluidez.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.
La interacción agua-soluto implica la alteración del soluto como la de la propia agua. Las
sustancias hidrofilicas interactúan fuertemente con el agua mediante mecanismos dipolodipolo, modificando la estructura y la movilidad del agua, así como la de la sustancia
hidrofilica. Mientras que los grupos hidrofóbicos de las sustancias añadidas interactúan
débilmente con el agua adyacente, prefiriendo un ambiente no acuoso. El agua adyacente
a los grupos hidrofóbicos asume un mayor grado de estructura que el agua pura, cambio
termodinámicamente desfavorable debido a la disminución de la entropía. Para minimizar
este cambio termodinámico los grupos hidrofóbicos, siempre que sea posible se agregan
para reducir su contacto con el agua, proceso que se conoce como interacción hidrofóbica.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.
Antes de tratar específicamente las interacciones agua-soluto, conviene discutir el
fenómeno general al que se hace referencia mediante varios términos tales como ligazón
de agua, hidratación, agua ligada y capacidad de retención de agua.
Los términos ligazón de agua e hidratación son similares y se refieren a la tendencia del
agua a asociarse con distintos grados de intensidad a sustancias hidrofilicas.
El grado de intensidad de la ligazón de agua o hidratación depende de varios factores
como la naturaleza del componente no acuoso, la composición salina, el pH y la
temperatura.
AGUA LIGADA.
El termino agua ligada no puede tratarse con tanta facilidad. El agua ligada no es una
entidad fácilmente identificable y homogénea, por lo que la terminología descriptiva es
difícil, no existiendo una definición generalmente aceptada.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.
Si todo el agua se considera bien como “libre” o “ligada”, puede razonablemente argüirse
que toda el agua de los tejidos esta ligada puesto que no fluye libremente cuando se
aplican fuerzas moderadas y toda ella se encuentra bajo influencia de las estructuras
biológicas o solutos y por tanto se comporta de manera diferente al agua pura..
Según esto el “ligamiento” puede ser considerado desde el punto de vista de:
* La estructura del agua (posición promedio de las moléculas de agua entre si y en
relación
con
los
solutos
y
estructuras
biológicas),
* Movilidad de las moléculas de agua (movimiento rotacional y translacional),
* Energías de ionización de enlaces (agua-agua, agua-soluto y/o agua-ion), o
* La actividad del agua (aw) (definida como p/p0, donde p es la presión parcial del agua
en la muestra y p0 la presión vapor del agua pura a la misma temperatura.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.
Algunos autores votan por usar el termino agua ligada sin previa definición, mientras que
otros ha propuesto todo un abanico de definiciones que a la larga solo crea mas confusión.
Sin embargo, de ese abanico de definiciones se puede considerar lo siguiente:
* El agua ligada no congela a una temperatura baja arbitraria (normalmente -40 oC o mas
baja).
* El agua ligada se encuentra en la vecindad de solutos y otras sustancias no acuosas y
tienen propiedades que difieren significativamente del resto de la masa de agua del mismo
sistema.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.
La capacidad de retención de agua, describe la capacidad de moléculas, generalmente
macromoléculas, para atrapar grandes cantidades de agua de tal manera que se evite la
exudación. Ejemplo, geles de pectina y de almidón y tejidos tanto animales como
vegetales.
El agua atrapada no fluye incluso aunque se provoque considerable daño mecánico
(ejemplo, troceado).
El agua atrapada se comporta casi igual al agua pura durante el procesado, es decir, se
elimina fácilmente durante la desecación y se convierte fácilmente en hielo durante el
congelamiento. Esto es, aunque sus propiedades de flujo masivo están severamente
restringidas, el movimiento de las moléculas individuales es esencialmente el mismo que el
de las moléculas de agua en una solución salina diluida.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.
El agua atrapada constituye la principal fracción del agua de las células y de los geles y su
variación tiene profundos efectos sobre la calidad de los alimentos. Por ejemplo, el
almacenamiento de los geles, de ordinario supone una perdida de su calidad debido a la
disminución de su capacidad de retención de agua (sinéresis). De igual modo la
congelación de tejidos, frecuentemente conduce a un disminución de la capacidad de
retención de agua, que se evidencia mediante el exudado en el descongelamiento.
También los cambios fisiológicos post-mortem del músculo (↓ pH), generalmente reducen
la capacidad de retención de agua hasta el punto de desfavorecer la calidad de los
embutidos.
Conviene concluir esta sección con un sistema de clasificación de los diferentes tipos de
agua en los alimentos y con la enumeración de las propiedades asociadas a estas diversas
clases de agua.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y
GRUPOS IONICOS..
El agua que interactúa con iones y grupos
iónicos
representa
parte
del
agua
mas
firmemente ligada a los alimentos. La estructura
normal del agua es distorsionada por la adición
de solutos disociables. Existe evidencia de que
algunos iones tienen un efecto demoledor de la
estructura normal del agua, mientras que otros
la promueven.
Se piensa que el agua multicapa de los iones
se encuentra en un estado distorsionado debido
a la influencias estructurales conflictivas del
agua vecinal y el agua de la fase masiva. El
agua de la fase masiva tiene propiedades
similares a la del agua en una solución diluida.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y
GRUPOS IONICOS..
Los iones pequeños y/o multivalentes (la
mayoria iones positivos) Li+, Na+, Ca+, Ba+,
Mg+, Al+3, F-, H3O y OH-, poseen fuerte
campo eléctrico
y son promotores de
estructura neta.
Mientras que los iones grandes y
monovalentes (la mayoría de los iones
cargados
negativamente
e
iones
grandes positivos) K+, Rb+, Cs+, NH4+,
Cl-, Br-, I-, NO3-, BrO3-, ClO4-, son
demoledores de estructura neta.
La interacción del agua con solutos neutros
formadores de enlaces de hidrogeno es mas
débil que con solutos iónicos. Sin embargo,
el agua enlazada con solutos neutros por
enlaces de hidrogeno debe considerarse
como agua constitucional o vecinal.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS
NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO.
Por lo general los solutos neutros que
forman enlaces de hidrogeno con el agua
tienden a incrementar la estructura neta del
agua o al menos no la reducen.
Sin
embargo,
la
distribución
y
la
orientación de los sitios formadores de
enlaces
de
algunos
solutos
son
geométricamente incompatible con los
La urea es un ejemplo de soluto que tienen
que se piensan existen en el agua
sitios
enlaces
normal. Por lo tanto tienen un efecto
geométricamente incompatible con el agua,
demoledor de la estructura normal del
por
agua.
formadores
lo
que
tiene
de
un
marcado
efecto
demoledor de la estructura normal de agua.
Por estas razones, la mayoría de los solutos
formadores
de
enlaces
dificultan la congelación.
de
hidrogeno
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS
NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO.
Los enlaces de hidrogeno del agua pueden
formarse con varios grupos potencialmente
elegibles (hidroxilo, amino, carboxilo, amida
o imino). También se ha sugerido la
formación de puentes de agua entre dos
sitios
de
una
macromoléculas
macromolécula
o
entre
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS
APOLARES.
La
interacción
hidrocarburos,
del
gases
agua
raros,
con
grupos
apolares de ácidos grasos, aminoácidos
y proteínas, es termodinámicamente
desfavorable porque reduce la entropía,
debido a un aumento del numero de
Merecen especial atención la formación
enlaces de hidrogeno agua-agua. Esto
de hidratos clatrato y las interacciones
promueve la estructura normal del agua
hidrofóbicas de las proteínas.
entre moléculas adyacentes al soluto
apolar
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS
APOLARES.
Los hidratos clatratos son compuestos
de inclusión de tipo geliformes, en los
que
el
agua
hospedadoras
cavitarias
como
forma
mediante
sustancia
estructuras
enlaces
de
hidrogeno, que atrapan físicamente
moléculas de una segunda especie
conocidas como moléculas huéspedes.
Son
la
mas
extrema
respuesta
formadora de la estructura del agua
frente
a
cristales
sustancias
clatratos
apolares.
pueden
Los
crecer
fácilmente hasta hacerse visibles y
algunos son estables a temperaturas
superiores a 0oC.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS
APOLARES.
Las
moléculas
huéspedes
de
los
hidratos clatratos son moléculas de
bajo peso molecular con tamaño y
forma compatible con las cavidades
formadas por 20-74 moléculas de agua.
Por ejemplo, el dióxido de carbono, el
dióxido de azufre, oxido de etileno,
aminas
primarias,
secundarias
terciaras de cadena corta.
y
Las interacciones entre el agua y el
huésped
a
menudo
son
mediante
fuerzas de van der Walls, aunque en
algunos
casos
electrostática.
existe
interacción
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS
PROTEINAS.
Las interacciones hidrofobicas, existen
y son muy importantes porque el 40%
de los aminoácidos de las proteínas
tienen cadenas laterales apolares. Las
interacciones hidrofobicas también se
dan con otros grupos como alcoholes,
ácidos grasos y aminoácidos.
INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS
PROTEINAS.
Por ser también este tipo de interacción
termodinámicamente
desfavorable
la
misma estimula la asociación de grupos
hidrofóbicos. En cuanto a naturaleza
del agua adyacente a los grupos
hidrofóbicos, la estructura propuesta
por
Lewin,
es
compatible
con
el
requerimiento de que el agua y los
grupos apolares no se atraigan.
Este esquema tiende a atraer aniones y
a repeler cationes.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw).
Se
ha
observado
que
diferentes
alimentos con igual contenido de agua
difieren en su susceptibilidad a la
alteración. Por lo que el contenido de
agua no es un indicador fiable de la
alterabilidad. Esto puede atribuirse a los
distintos grados de intensidad con que
la moléculas de agua se asocian a los
solutos no acuosos.
Mientras el agua esta mas asociada a
los solutos menos disponible esta para
participar
en
hidrolíticas
microbiano .
o
reacciones
para
el
químicas
crecimiento
ACTIVIDAD DE AGUA (aw).
Varios factores como la concentración
de oxigeno, el pH, la movilidad del agua
y el tipo de soluto influyen sobre la
La aw de agua se define como:
degradabilidad de los alimentos.
Sin
aw= f/f0 = p/p0 = HR/100 = Ma/(Ma+Ms)
embargo la aw, se correlaciona muy
Donde:
mejor con la velocidad de muchas
f: es la fugacidad en un estado dado a T.
reacciones
degradativas,
que
el
contenido de agua. Por lo cual se
f0: es la fugacidad en estado estándar a T.
p: es la presión parcial del agua en el alimento a T.
p0: es la presión del agua pura a T.
HR: humedad relativa.
Ma: Moles de agua.
Ms: Moles de soluto.
justifica
alimentos.
su
uso
medida
en
los
ACTIVIDAD DE AGUA (aw).
Varios factores como la concentración
de oxigeno, el pH, la movilidad del agua
y el tipo de soluto influyen sobre la
La aw de agua se define como:
degradabilidad de los alimentos.
Sin
aw= f/f0 = p/p0 = HR/100 = na/(na+ns)
embargo la aw, se correlaciona muy
Donde:
mejor con la velocidad de muchas
f: es la fugacidad en un estado dado a T.
reacciones
degradativas,
que
el
contenido de agua. Por lo cual se
f0: es la fugacidad en estado estándar a T.
p: es la presión parcial del agua en el alimento a T.
p0: es la presión del agua pura a T.
HR: humedad relativa.
na: Moles de agua.
ns: Moles de soluto.
justifica
alimentos.
su
uso
medida
en
los
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMAS DE ADSORCION Y DESORCION.
El numero de moles del soluto puede calcularse
por:
n2= G.∆Tf/(1000xKf)
Donde:
La actividad acuosa es una propiedad
G: gramos del solvente en la muestra.
intrínseca
∆Tf: depresion del punto de congelacion.
contenido de humedad mediante las
Kf: constante de depresion del punto de
congelacion molal del agua (1,86).
curvas o isotermas de adsorción y
y
se
relaciona
con
el
desorcion. La relación no suele ser
lineal y dichas curvas sugieren que la
aw es menor en la desorcion que en la
adsorción.
También
sugieren
que
ambos procesos no son reversibles por
la misma vía.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA.
La ecuación de Clausius-Clapeyron,
en
forma
modificada
dependencia
de
la
describe
aw
con
la
la
temperatura, mediante:
d ln(aw)/d (1/T) = ∆H/R
Donde:
T: temperatura absoluta.
R: constante de los gases
∆H: calor isostérico neto de sorción
correspondiente al contenido de agua
de la muestra.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA. EJEMPLO.
La aw presenta una dependencia con
la temperatura para casi todo el rango
de actividad de agua estudiado, es
decir, para un aw dado el contenido de
humedad de equilibrio aumenta a
medida que disminuye la temperatura.
Siendo evidente que las muestras
adsorbieron mas agua a 7 y a 22 que
a 45
oC.
Esto se puede explicar
entendiendo que las moléculas de
agua tienen menor energía cinética a
menor temperatura y que la formación
de enlaces de hidrogeno es proceso
exotérmico.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMA DE SORCION GENERALIZADA..
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMA DE SORCION GENERALIZADA..
El agua de la zona I, es el
agua
mas
fuertemente
absorbida y menos móvil.
Esta absorbida a sitios
polares mediante uniones
agua-Ion o agua-dipolo. No
congela a -40 oC, no sirve
como solvente, simplemente
actúa como parte integrante
del soluto. El limite de la zona
I y II, corresponde al agua
monocapa, es decir, el agua
constitucional y vecinal. Esta
zona corresponde a una
fracción muy pequeña del
agua total del alimento.
El agua de la zona II, ocupa
los restantes sitios de la
primera capan y varias
capas adicionales entorno a
los grupos hidrofílicos del
sólido,
denominándose
agua multicapa. La mayor
parte de esta capa no
congela a -40 oC. En el
limite de las zona I y II, el
agua iniciaran procesos de
disolución, actuará como
plastificante y promoverá la
hinchazón de la matriz
sólida, determinando la
aceleración de la mayoría
de las reacciones. El agua
de las zonas I y II, supone
menos del 5% del agua
total.
El agua de la zona III, es el
agua menos fuertemente
ligada y mas móvil, se le
designa fase masiva, se
haya impedido su flujo
macroscópico pero en los
restantes aspectos es igual
al agua de una solución
salina diluida. El agua de la
zona III, bien sea atrapada
o libre representa el 95%
del agua total y esta
disponible para la mayoría
de las reacciones químicas
y actividad microbiana.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS.
Las curvas de: hidrólisis enzimática, perdidas de
clorofila y perdidas de vitamina C, siguen un
En la oxidación de lípidos a valores muy
comportamiento mas o menos acorde a la
bajos
isoterma de sorción. Llama la atención que las
disminuye a medida que se añade agua
curvas de oxidación de lípidos, de reacción de
hasta los limite de las zonas I y II. La
Maillard, crecimiento microbiano y perdida de
posterior adición de agua genera un
vitamina B1, no tienen un comportamiento
aumento la velocidad de oxidación hasta
acoplado a la curva de sorción característica..
los limites de las zonas II y III. Si se añade
de aw, velocidad
de oxidación
mas agua vuelve a disminuir la velocidad
de oxidación.
El agua añadida a la zona zona I, liga
hidroperóxidos y evita su descomposición,
por lo que retarda la oxidación de lípidos.
Además esta agua hidrata iones metálicos
indisponiéndolos como catalizadores de la
oxidación de lípidos.
ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS.
Por encima del limite de las zonas I y II, el agua
añadida incrementa la solubilidad del oxigeno,
además el hinchamiento provocado por el agua
deja expuesto mas sitios catalíticos para la
oxidación de los lípidos. Mientras que a valores
aun mayores de aw, el agua añadida disminuye la
concentración de catalizadores en consecuencia
Las
curvas
de
reacción
degradación de vitamina B1 y crecimiento,
tienen un máximos a valores intermedios o
altos de aw. Se ha sugerido que para
reacciones donde el agua es un producto
se reduce la oxidación.
de reacción lo siguiente:
1.- Inhibición de la reacción (Principio de LeChatelier).
2.- Cuando la solubilidad, accesibilidad y movilidad
son potenciadoras de la velocidad de reacción, por
encima
de
incrementa
cierto
la
umbral
dilución
de Maillard,
el
de
agua
adicional
catalizadores
disminuyendo asi la velocidad de la reacción.